粒子状物質検出装置
【課題】小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置を提供する。
【解決手段】一方の端部１ａに一の貫通孔２が形成された一方向に長い検出装置本体１と、貫通孔２を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極１１，１２とを備え、貫通孔２内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、一対の電極１１，１２に電圧を印加することにより貫通孔２内に生じる放電により荷電された、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質を、貫通孔２の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質の質量を検出することが可能な粒子状物質検出装置１００。
【解決手段】一方の端部１ａに一の貫通孔２が形成された一方向に長い検出装置本体１と、貫通孔２を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極１１，１２とを備え、貫通孔２内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、一対の電極１１，１２に電圧を印加することにより貫通孔２内に生じる放電により荷電された、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質を、貫通孔２の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質の質量を検出することが可能な粒子状物質検出装置１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出装置に関し、さらに詳しくは、小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
煙道排ガスやディーゼルエンジン排ガスには煤等の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）が含まれており、大気汚染の原因になっていた。これらを除去するために、セラミック等で作製されたフィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：ＤＰＦ）が広く用いられている。セラミック製のＤＰＦは、長期間の使用が可能であるが、熱劣化等によりクラックや溶損等の欠陥が発生することがあり、微量ではあるが粒子状物質が漏れる可能性がある。このような欠陥が発生した場合には、その欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識することが、大気汚染防止の観点から極めて重要である。
【０００３】
このような欠陥の発生を検知する方法として、ＤＰＦの下流側に粒子状物質検出装置を設ける方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６０−１２３７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発明は、コロナ放電によって粒子状物質を帯電させ、そのイオン電流を測定することにより、粒子状物質の量を測定するものである。このように、粒子状物質を帯電させてそのイオン電流を測定する方法では、粒子状物質に帯電するイオン電流が微弱であるため、その微弱なイオン電流を検出するために大掛かりな検出回路が必要になり、高価なものになるという問題があった。また、排ガスが高流量である場合には、粒子状物質を効果的に帯電させることができないため、粒子状物質の測定値が、実際に排ガスに含有されている粒子状物質の量より小さい値となり、その誤差が大きいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下の粒子状物質検出装置を提供するものである。
【０００７】
［１］ 一方の端部に一の貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体と、前記貫通孔を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極とを備え、前記貫通孔内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記一対の電極に電圧を印加することにより前記貫通孔内に生じる放電により荷電された、前記貫通孔内に流入する流体に含有される粒子状物質を、前記貫通孔の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより前記貫通孔の壁面に吸着された粒子状物質の質量を検出することが可能な粒子状物質検出装置。
【０００８】
［２］ 前記検出装置本体の他方の端部に、前記一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子が配設された［１］に記載の粒子状物質検出装置。
【０００９】
［３］ 前記検出装置本体の他方の端部に、前記一対の電極のなかの一方の電極の取り出し端子が配設され、前記検出装置本体の一方の端部と他方の端部との間の位置に、前記一対の電極のなかの他方の電極の取り出し端子が配設された［２］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１０】
［４］ 前記貫通孔の壁面に沿うようにして検出装置本体の内部に配設された、前記貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調用の加熱部を更に備え、前記検出装置本体の他方の端部に、前記加熱部の取り出し端子が配設された［１］〜［３］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１１】
［５］ 前記一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の、前記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の前記加熱部が配設された［４］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１２】
［６］ 前記一対の電極のそれぞれの、前記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の前記加熱部が配設された［５］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１３】
［７］ 前記貫通孔の貫通方向に垂直な断面において、前記一対の電極の一方の端部同士を結んだ線分と他方の端部同士を結んだ線分とが、いずれも貫通孔内を通過するように、前記一対の電極が前記検出装置本体内に埋設された［１］〜［６］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１４】
［８］ 前記貫通孔の、前記流体が流入する入口部分及び前記流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されている［１］〜［７］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１５】
［９］ 前記検出装置本体の中心軸に直交する断面形状が、貫通孔の貫通方向において、一方の端部側から中央部に向かって漸次太くなり、中央部分で最も太く、更に他方の端部側に向かって漸次細くなる形状である［１］〜［８］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１６】
［１０］ 前記貫通孔の壁面に吸着した粒子状物質を、前記一対の電極に電圧を印加して前記貫通孔内に放電を起こして酸化除去することが可能な［１］〜［９］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１７】
［１１］ 前記貫通孔内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種である［１］〜［１０］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１８】
［１２］ 前記誘電体が、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種である［１］〜［１１］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の粒子状物質検出装置によれば、貫通孔を形成する検出装置本体の壁の内部に少なくとも一対の電極が埋設され、その一対の電極に電圧を印加して貫通孔内に放電を起こし、その放電により貫通孔内に存在する粒子状物質を荷電することができ、その荷電した粒子状物質を電極（貫通孔の壁面）に電気的に吸着させることが可能であり、また、荷電された粒子状物質が、貫通孔内に流入する流体に含有される場合には、その荷電された粒子状物質を電極（貫通孔の壁面）に電気的に吸着させることが可能である。そのため、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスのなかの貫通孔内に流入した排ガスのみについてその粒子状物質の質量を測定することが可能となり、これにより、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスに含有される全ての粒子状物質を直接測定するのではなく、貫通孔内に流入した粒子状物質だけを測定することにより排ガス全体の粒子状物質量を推算することができる。そのため、粒子状物質検出装置を小型化することが可能となり、それにより、狭いスペースに設置することが可能となり、更に安価に製造することが可能となる。また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（粒子状物質）の一部だけを貫通孔内に導入するため、貫通孔内に放電を起こす場合、貫通孔内の粒子状物質を全て効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることが可能となる。また、検出装置本体が一方向に長く形成され、その一方の端部に、貫通孔が形成されるとともに、少なくとも一対の電極が配設（埋設）されるため、貫通孔及び一対の電極の部分だけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、他方の端部側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。これにより、一対の電極の取り出し端子等の高温に曝さないことが望ましい部分を、配管の外に出した状態とすることが可能となり、精度の高い、安定した粒子状物質の検出を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２１】
図１Ａは、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図であり、図１Ｂは、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す側面図であり、図２は、図１ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。尚、図１Ａにおいては、取り出し端子（取り出し端子１２ａ等）は省略している。本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、一方の端部１ａに一の貫通孔（空洞）２が形成された一方向に長い検出装置本体１と、貫通孔２を形成する壁の内部に配設（埋設）され、誘電体で覆われた一対の電極１１，１２とを備えるものである。ここで、一対の電極は少なくとも一対備えることが必要であり、２対以上であってもよい。本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、一対の電極１１，１２が検出装置本体１の内部に埋設されており、検出装置本体１が誘電体から形成されることにより、一対の電極１１，１２がそれぞれ誘電体で覆われた状態となっている。そして、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、一対の電極１１，１２に電圧を印加することにより貫通孔２内に生じる放電により荷電された、貫通孔内に流入する流体に含有される粒子状物質を、貫通孔２の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、荷電した粒子状物質を貫通孔２の壁面に電気的に吸着させることが可能なものである。貫通孔２内に流入する流体に含有されている粒子状物質が荷電されていない場合には、貫通孔２内に放電を起こして流入した粒子状物質を荷電させて、貫通孔２の壁面に電気的に吸着させるが、貫通孔２内に流入する流体に含有されている粒子状物質が既に荷電されている場合には、放電により荷電させる必要がないため、そのまま、その「貫通孔２内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質」を貫通孔２の壁面に電気的に吸着させることが可能である。ここで、「粒子状物質が荷電されていない」というときは、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質の一部が荷電され、残部が荷電されていない場合や、粒子状物質は荷電されているが、荷電の程度が貫通孔２の壁面に粒子状物質が確実に電気的に吸着されるのに十分でない場合を含む。更に、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより、貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質の質量を検出することが可能である。これにより、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内に排ガス等を通過させて、排ガス中に含有される粒子状物質を検出することができる。
【００２２】
これにより、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスのなかの貫通孔内に流入した排ガスのみについてその粒子状物質の質量を測定することが可能となり、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスに含有される全ての粒子状物質を直接測定するのではなく、貫通孔内に流入した粒子状物質だけを測定することにより排ガス全体の粒子状物質量を推算することができるので、粒子状物質検出装置を小型化することが可能となり、それにより、狭いスペースに設置することが可能となり、更に安価に製造することが可能となる。また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（粒子状物質）の一部だけを貫通孔内に導入するため、貫通孔内に放電を起こして貫通孔内の粒子状物質を荷電する場合、貫通孔内の粒子状物質を全て効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることが可能となる。また、検出装置本体が一方向に長く形成され、その一方の端部に、貫通孔が形成されるとともに、少なくとも一対の電極が配設（埋設）されるため、貫通孔及び一対の電極が配設される部分だけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、他方の端部側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。これにより、一対の電極の取り出し端子等の高温に曝さないことが望ましい部分を、配管の外に出した状態とすることが可能となり、精度の高い、安定した粒子状物質の検出を行うことが可能となる。
【００２３】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、検出装置本体１の他方の端部１ｂに、一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子が配設されていることが好ましい。取り出し端子は、粒子状物質検出装置１００の検出装置本体１に配設された電極に電気的に接続され、外部からその電極に電圧を印加するための電源等からの配線を接続する部分である。粒子状物質検出装置１００は、一対の電極１１，１２、加熱部１３等に、それぞれ独立して接続された複数の取り出し端子（取り出し端子１１ａ，１２ａ，１３ａ）を有している。図１Ｂに示す本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、電極１２の取り出し端子１２ａが、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設されている。このように、一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子を、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設することにより、貫通孔及び一対の電極が配設される部分（一方の端部１ａ）と取り出し端子との間隔を大きくとることができるため、貫通孔等が配設される一方の端部１ａだけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、取り出し端子１２ａが配設されている他方の端部１ｂ側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。取り出し端子１２ａを高温にすると、粒子状物質の検出精度が低下し、安定した検出が行い難くなることがあったり、長期にわたって使用した場合に電気端子と外部に接続するためのハーネスとの接点不良が発生し測定不能になることがあるため、取り出し端子１２ａを配管の外に出し、高温に曝されない状態とすることにより、精度の高い、安定した粒子状物質の検出を行うことが可能となる。
【００２４】
検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設された取り出し端子１２ａは、図１Ｂに示すように、検出装置本体１の他方の端部１ｂの側面に、長手方向に延びるように配置されていることが好ましい。取り出し端子１２ａを配設する面は、検出装置本体１の他方の端部１ｂの側面である必要はなく、いずれの面であってもよい。また、取り出し端子１２ａは、検出装置本体１の他方の端部１ｂにおける側面の、幅方向における一方の端部に配置されていることが好ましい。また、図１ｂにおいては、検出装置本体１の他方の端部１ｂは、幅が狭くなっているが、他方の端部１ｂの幅は、このように狭くなっていてもよいし、狭くなっていなくてもよい。取り出し端子１２ａの形状及び大きさは、特に限定されるものではない。例えば、幅０．１〜２ｍｍ、長さ０．５〜２０ｍｍの帯状であることが好ましい。取り出し端子１２ａの材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００２５】
一対の電極１１，１２の両方の取り出し端子を、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設してもよいが、一方の電極（電極１２）の取り出し端子（取り出し端子１２ａ）を検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設し、他方の電極（電極１１）の取り出し端子（取り出し端子１１ａ）を、検出装置本体１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間の位置に配設することが好ましい。これにより、一方の電極（電極１２）の取り出し端子（取り出し端子１２ａ）と、他方の電極（電極１１）の取り出し端子（取り出し端子１１ａ）とを、間隔を開けて配設することになり、それにより、一対の電極１１，１２間に電圧を印加するために、取り出し端子１１ａと取り出し端子１２ａとの間に電圧を印加したときに、検出装置本体１の表面に沿面放電による短絡が生じることを防止することができる。ここで、本実施形態において、「検出装置本体の一方の端部」というときは、検出装置本体の一方の先端部分１ｃから、検出装置本体１の全長の３０％の長さに相当する位置までの範囲をいう。また、「検出装置本体の他方の端部」というときは、検出装置本体の他方の先端部分１ｄから、検出装置本体１の全長の３０％の長さに相当する位置までの範囲をいう。従って、検出装置本体１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間の位置とは、検出装置本体１から、上記一方の端部１ａと他方の端部１ｂの範囲を除いた部分ということになる。本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、取り出し端子１１ａと取り出し端子１２ａとの間の距離が、５〜１００ｍｍであることが好ましく、１０〜７０ｍｍであることが更に好ましい。５ｍｍより短いと沿面放電による短絡がしやすくなることがあり、１００ｍｍより長いと、取り出し端子１１ａが配管の外に位置するように、粒子状物質検出装置１００の検出装置本体１を配管等に装着したときに、検出装置本体１の配管の外側に突き出る部分が長くなりすぎ、検出装置本体１を狭い空間に取り付けることが難しくなることがある。
【００２６】
また、検出装置本体１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間の位置に配設した取り出し端子１１ａと、貫通孔２との間の距離は、１０ｍｍより長いことが好ましく、２０ｍｍより長いことが更に好ましい。１０ｍｍより短いと、粒子状物質検出装置１００を、貫通孔２の部分が配管内に挿入されるように、配管に装着したときに、配管内を流通する高温の排ガスの熱が取り出し端子１１ａに影響を及ぼしやすくなることがある。
【００２７】
取り出し端子１１ａの形状及び大きさは、特に限定されるものではない。例えば、幅０．５〜３ｍｍ、長さ０．５〜３ｍｍの四角形等の多角形状であることが好ましいが、円形、楕円形、レーストラック形状、その他の形状等であってもよい。取り出し端子１１ａの材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００２８】
粒子状物質の質量を検出する方法としては、荷電した粒子状物質が電極に吸着されることによる、一対の電極１１，１２の電気的な特性変化を測定することが挙げられる。具体的には、例えば、一対の電極１１，１２間の静電容量等から計算されるインピーダンスを測定し、インピーダンスの変化から吸着された粒子状物質の質量を算出し、排ガス中の粒子状物質（質量）を検出する方法を挙げることができる。従って、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、取り出し端子１１ａ，１２ａに接続された、電極１１，１２間のインピーダンスを測定する測定部を更に備えることが好ましい。測定部としては、静電容量だけでなく、インピーダンス計測可能なＬＣＲメーターやインピーダンスアナライザ等を挙げることができる。
【００２９】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００において、検出装置本体１は、一方向に長く形成され、その長手方向の長さは、特に限定されないが、排ガス配管に挿入した時に排ガス中の粒子状物質を効率よくサンプリングできる長さであることが好ましい。例えば、５０〜２００ｍｍ程度が好ましい。本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、上記長手方向の一方の端部１ａに貫通孔２が形成されている。また、検出装置本体１の厚さ（「検出装置本体の長手方向」及び「ガスの流通方向」の両方に垂直な方向（厚さ方向）における長さ）は、特に限定されないが、例えば、０．５〜３ｍｍ程度が好ましい。ここで、「検出装置本体１の厚さ」というときは、上記厚さ方向において最も厚い部分の厚さをいう。また、検出装置本体１の、貫通孔２にガスが流通するときの流通方向における長さは、特に限定されないが、例えば、２〜２０ｍｍ程度が好ましい。検出装置本体１の形状は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、長手方向に直行する断面形状が長方形の板状であってもよいし、当該断面形状が円形、楕円形等の棒状であってもよいし、一方向に長い形状であれば、その他の形状であってもよい。検出装置本体１の材質は、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。そして、耐熱衝撃性に優れるため、コージェライトが更に好ましい。これらの材質はいずれも誘電体であるため、電極１１，１２を検出装置本体１の内部に埋設することにより、誘電体に覆われた電極１１，１２を形成することが可能となる。そして、粒子状物質検出装置１００が、優れた耐熱性、耐絶縁破壊特性等を有するものとなる。ここで、本実施形態において、「誘電体」とは、導電性よりも誘電性が優位である物質で、直流電圧に対して絶縁体として振舞う物質のことをいう。
【００３０】
図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２を形成する壁の内部に一対の電極１１，１２が埋設されており、貫通孔２を挟むようにして誘電体で覆われた電極１１，１２が配置された状態になっている。これにより、電極１１，１２間に所定の電圧を印加することにより、貫通孔２内に放電を起こすことが可能となる。尚、電極としては、少なくとも一対配設されていることが必要である。また、電極は、貫通孔２を形成する壁の内部に埋設されていればよく、図２に示すように貫通孔２を挟むように配設されていることが好ましいが、壁の電気的特性を検知でき、貫通孔２内に放電を起こせれば、貫通孔２を取り囲む壁のどの位置に一対の電極が配設されてもよい。また、複数対の電極を配設し、異なる対の電極により、放電と電気的特性の検知とを別々に行ってもよい。放電の種類としては、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種であることが好ましい。このような放電を生じさせるため、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、取り出し端子１１ａ，１２ａに接続された、放電用の電源を更に備えることが好ましい。放電用の電源としては、高電圧の交流電源、直流電源等が好ましい。また、放電させるために印加する電圧としては、パルス電圧、矩形波等交流電圧が好ましい。また、印加する電圧の条件としては、ギャップ、ガス温度によって変わるが２００ｋＶ／ｃｍ以下が好ましい。また、電圧を印加するときの、電力は、０．１〜１０Ｗが好ましい。
【００３１】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質が荷電されていない場合に、貫通孔２内に放電を起こすことにより、粒子状物質を荷電して、貫通孔２の壁面に荷電した粒子状物質を電気的に吸着させるものである。そして、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質が、貫通孔２内に流入する前から既に荷電されている場合には、貫通孔２内の放電により改めて荷電させる必要がないため、貫通孔２内に放電を起こすことなく、貫通孔２の壁面にその荷電されている粒子状物質を電気的に吸着させるものである。貫通孔２内に放電を起こして粒子状物質を荷電させる場合には、荷電した粒子状物質は、放電中に、その荷電した粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられ、壁面に吸着される。これに対し、粒子状物質が貫通孔２内に流入する前から荷電されている場合には、電極１１，１２間に、所定の条件の電圧を印加し、荷電している粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられるようにする。ここで、粒子状物質が貫通孔２内に流入する前から荷電されている場合に、電極１１，１２間に印加する電圧の条件は、４ｋＶ／ｃｍ〜４０ｋＶ／ｃｍであることが好ましい。
【００３２】
電極１１，１２の形状及び大きさは、特に限定されるものではなく、貫通孔２内に放電を起こすことが可能であればよい。例えば、形状としては、長方形、円形、長円形等を挙げることができる。また、電極１１，１２の大きさは、例えば、貫通孔２の、側面から見たときの面積の７０％以上であることが好ましい。
【００３３】
電極１１，１２の厚さは特に限定されず、貫通孔２内に放電を起こすことが可能であればよい。例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。電極１１，１２の材質としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等を挙げることができる。
【００３４】
一対の電極のなかの一方の電極（電極１１）と貫通孔２との間の距離、及び他方の電極（電極１２）と貫通孔２との間の距離は、５０〜５００μｍであることが好ましく、１００〜３００μｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、効果的に貫通孔内に放電を生じさせることができる。電極１１及び電極１２と、貫通孔２との間の距離は、電極１１を覆う誘電体及び電極１２を覆う誘電体の、貫通孔２に面する部分の厚さということになる。
【００３５】
また、図３に示すように、貫通孔２の貫通方向に垂直な断面において、一対の電極１１，１２の一方の端部１１ｃ，１２ｃ同士を結んだ線分ａと、他方の端部１１ｄ，１２ｄ同士を結んだ線分ｂとが、いずれも貫通孔２内を通過するように、一対の電極１１，１２が検出装置本体１内に埋設されていることが好ましい。ここで、図３は、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態（粒子状物質検出装置２００）を示し、図２に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。図３において、上記本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態（粒子状物質検出装置１００）における構成要素と、共通の構成要素については同一の符号を付している。また、「一対の電極１１，１２の一方の端部１１ｃ，１２ｃ同士を結んだ線分ａ」というときは、一対の電極１１，１２のそれぞれの、検出装置本体１の一方の端部１ａ側に位置する端部１１ｃ，１２ｃ同士を結んだ線分を意味し、「一対の電極１１，１２の他方の端部１１ｄ，１２ｄ同士を結んだ線分ｂ」というときは、一対の電極１１，１２のそれぞれの、検出装置本体１の他方の端部１ｂ側に位置する端部１１ｄ，１２ｄ同士を結んだ線分を意味する。また、「線分ａ及び線分ｂが貫通孔２内を通過する」という場合、線分ａが貫通孔２の壁面部分と重なる場合、及び線分ｂが貫通孔２の壁面部分と重なる場合を含む。そして、線分ａ，ｂがともに、貫通孔２の壁面部分と重なる場合が更に好ましい。この場合、電極１１及び電極１２が、側面から見たときに、貫通孔２に、全体的に重なっている状態となる。例えば、図２に示す本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、電極１１及び電極１２が、側面から見たときに、貫通孔２に、全体的に重なっている状態にある。ここで、「側面から見たとき」とは、「「検出装置本体の長手方向」及び「ガスの流通方向」の両方に垂直な方向から、粒子状物質検出装置１００の内部を透視して、電極１１，１２及び貫通孔を見たとき」ということを意味する。このように、一対の電極１１，１２の一方の端部１１ｃ，１２ｃ同士を結んだ線分ａと、他方の端部１１ｄ，１２ｄ同士を結んだ線分ｂとが、いずれも貫通孔２内を通過するように、一対の電極１１，１２を検出装置本体１の内部に配置したことにより、一対の電極１１，１２間に電圧を印加したときに生じる電界のほとんどが、貫通孔２内を通過するため、貫通孔２内に粒子状物質が付着することによる電気的特性の変化を感度良く検出することが可能となる。仮に、一対の電極１１，１２により挟まれる領域において、誘電体のみが一対の電極１１，１２に挟まれ、一対の電極１１，１２間に生じる電界が誘電体のみを通過する部分があった場合には、一対の電極１１，１２間の電気的特性を測定しようとすると、一対の電極１１，１２に挟まれた貫通孔２の部分の電気的特性と、一対の電極１１，１２に挟まれた誘電体部分の電気的特性を合わせて測定することになる。そうすると、測定しようとするインピーダンス等の電気的特性が、通常、貫通孔２内よりも誘電体部分のほうが大きいため、誘電体部分を測定した電気的特性の値が大きくなりすぎ、貫通孔２内の粒子状物質の付着による電気的特性の変化を感度良く検出することが難しくなることがある。
【００３６】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、図４に示すように、電極１１には、検出装置本体１の長手方向に延びる配線１１ｂが接続されて居り、配線１１ｂが、その先端（電極１１に接続されていない側の先端）部分で、図１Ｂに示す取り出し端子１１ａに層間接続（ビア接続）されている。また、図５に示すように、検出装置本体１の一方の端部１ａに貫通孔２が形成されている。ここで、図４は、図２のＢ−Ｂ’断面を示す模式図であり、図５は、図２のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。
【００３７】
また、図６に示すように、電極１２には検出装置本体１の長手方向に延びる配線１２ｂが接続され、配線１２ｂは、図１Ｂに示す取り出し端子１２ａに層間接続されている。ここで、図６は、図２のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【００３８】
配線１１ｂ及び配線１２ｂの幅は、特に限定されず、例えば、０．２〜１ｍｍ程度が好ましい。また、配線１１ｂ及び配線１２ｂの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。また、配線１１ｂ及び配線１２ｂの材質としては、Ｐｔ、ＭＯ、Ｗ等を挙げることができる。
【００３９】
図２及び図７に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２の壁面（検出装置本体１の側面に並行する壁面）に沿うようにして検出装置本体１の内部に配設（埋設）された加熱部１３を更に備えることが好ましい。加熱部１３により、電極に吸着された粒子状物質を加熱酸化させることができ、また、粒子状物質の質量測定時等において、貫通孔２の内部空間を所望の温度に調節し、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調を行うことができる。加熱部１３は、幅広のフィルム状であってもよいが、図７に示すように、線状の金属材料を、波状に配置し、先端部分でＵ−ターンするように配置したものであることが好ましい。このような形状にすることにより、貫通孔内部を均一に過熱することが可能となる。加熱部１３の材質としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等を挙げることができる。加熱部１３は、貫通孔２の壁面に沿うようにして検出装置本体１の内部に埋設されることが好ましいが、図５に示すように、貫通孔２が配置されている位置だけでなく、更に検出装置本体１の他方の端部１ｂ側に延びるように形成されていてもよい。これにより、貫通孔内部と貫通孔付近との温度差を小さくでき、急加熱しても素子の破損が起きにくい利点がある。加熱部１３により、貫通孔２の内部空間の温度を６５０℃まで上昇できることが好ましい。
【００４０】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の、貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の加熱部１３が配設されていることが好ましい。図２に示す本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、電極１２の貫通孔２が形成されている側に対して反対側の位置に、加熱部１３が配設されている。このように、加熱部１３が、一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の、貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に配設されていることにより、加熱部１３の導体の電気的な影響を受けることなく、一対の電極１１，１２により、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定しやすくなる。図２においては、加熱部１３は一つであるが、電極１２の貫通孔２が配設されている側に対して反対側の位置に複数配設されてもよい。また、図２においては、一対の電極のなかの一方の電極（電極１２）の、貫通孔２が配設されている側に対して反対側の位置に加熱部１３が配設されているが、一対の電極１１，１２のそれぞれの（両方の）、貫通孔２が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の加熱部１３が配設されることも好ましい。加熱部１３の配置及び数は、温度調節、捕集した粒子状物質の酸化除去等の目的を達成するために必要な配置及び数とすることができる。
【００４１】
図７に示すように、加熱部１３は、配線１３ｂ，１３ｂに接続され、配線１３ｂ，１３ｂは、それぞれ図１Ｂに示す取り出し端子１３ａ，１３ａに層間接続されている。加熱部１３の取り出し端子１３ａも、電極１１，１２の取り出し端子１１ａ，１２ａの場合と同様に、検出装置本体１の一方の端部１ａ側が加熱されたときの熱の影響を回避するために、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設されることが好ましい。図１Ｂにおいては、取り出し端子１２ａが、検出装置本体１の側面においてその幅方向における一方の端縁に配置され、取り出し端子１３ａ，１３ａが、取り出し端子１２ａの横に、２本が並ぶように配置されているが、取り出し端子１２ａ及び取り出し端子１３ａ，１３ａの配置は、このような配置に限定されるものではない。
【００４２】
加熱部１３が線状である場合、その線の幅は、特に限定されず、例えば、０．０５〜１ｍｍ程度が好ましい。また、加熱部１３の厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。配線１３ｂの幅は、特に限定されず、例えば、０．７〜４ｍｍ程度が好ましい。また、配線１３ｂの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。加熱部１３に対応する取り出し端子１３ａの幅は、特に限定されず、例えば、０．１〜２ｍｍ程度が好ましい。また、取り出し端子１３ａの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜１０００μｍ程度が好ましい。配線１３ｂ及び取り出し端子１３ａの材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００４３】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、電極に吸着された粒子状物質を、一対の電極１１，１２に電圧を印加して貫通孔２内に放電を起こして、酸化除去することができるものであることが好ましい。粒子状物質を酸化除去する場合の放電を生じさせる条件としては、電界強度が１０〜２００ｋＶ／ｃｍであり、エネルギー投入量が、被処理物質に対して０．０５〜１０Ｊ／μｇであることが好ましい。
【００４４】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、加熱部１３の取り出し端子１３ａに接続された、加熱用電源を更に備えることが好ましい。加熱用電源としては、定電流電源等を挙げることができる。
【００４５】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００において、貫通孔２の形状、及び大きさは特に限定されず、排ガスを通過させ、粒子状物質の量を測定できるものであればよい。例えば、貫通孔２の、検出装置本体の長手方向における長さは、２〜２０ｍｍ程度が好ましく、貫通孔２の、電極１１，１２で挟まれる部分の幅（検出装置本体の長手方向、及びガスの流通方向の両方に垂直な方向における長さ）は、３〜３０ｍｍ程度が好ましい。このような範囲とすることにより、粒子状物質を含む排ガスを貫通孔２内に十分に流通させることができ、更に、貫通孔２内に粒子状物質を荷電するために効果的な放電を起こすことが可能となる。また、貫通孔２の形状としては、貫通孔２の、流体が流入する入口部分及び流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されていることが好ましい。貫通孔２の、流体が流入する入口部分及び流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されていることにより、より効率的に配管内を流通する排ガス等を粒子状物質検出装置の貫通孔内に流入（入口部分が拡開された場合）及び／又は流出（出口部分が拡開された場合）させることが可能となる。図８に示す本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態（粒子状物質検出装置３００）においては、貫通孔２の、流体が流入する入口部分２ａのみが拡開され、拡開部分２ｂが形成されている。また、図８に示す粒子状物質検出装置３００においては、貫通孔２は、検出装置本体１の長手方向に広がるように拡開されているが、検出装置本体１の厚さ方向に広がるように拡開されてもよい。図８は、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図５に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態（粒子状物質検出装置１００）の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【００４６】
拡開部分２ｂの拡開された幅（貫通孔２のガス流通方向における最先端部分の幅）Ｗ１は、貫通孔２の拡開されていない部分の幅Ｗ２に対して２〜２００％が好ましい。また、拡開部分２ｂの、貫通孔２のガス流通方向における奥行き（拡開部分の奥行き）Ｌ１は、検出装置本体１の、貫通孔２のガス流通方向における長さＬ２の５〜３０％が好ましい。
【００４７】
図９Ａ及び９Ｂに示すように、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態（粒子状物質検出装置４００）は、検出装置本体１の中心軸に直交する断面形状が、貫通孔２の貫通方向において、一方の端部側から中央部に向かって漸次太くなり、中央部分で最も太く、更に他方の端部側に向かって漸次細くなる形状であることが好ましい。検出装置本体の形状をこのようにすることにより、貫通孔のガスの流通方向を、配管内の排気ガスの流通方向に合わせた（平行にした）ときに、配管内の排気ガスの流れを良好にすることができる。粒子状物質検出装置（検出装置本体）の、貫通孔の貫通方向における「中央部分」とは、粒子状物質検出装置の、貫通孔の貫通方向における長さを３等分したときの、中央に位置する「３分の１の範囲」を意味する。従って、「粒子状物質検出装置の、貫通孔の貫通方向において、中央部分で最も太く」というときは、上記「中央部分に位置する３分の１の範囲」に最も太い部分が位置することを意味する。ここで、図９Ａは、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含む断面を示す模式図であり、図９Ｂは、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含まない断面を示す模式図である。
【００４８】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、検出装置本体１が、複数のテープ状セラミック（セラミックシート）が積層されてなるものであることが好ましい。これにより、複数のテープ状セラミックを、それぞれの間に各電極、配線等を挟みながら積層して粒子状物質検出装置１００を作製することができるため、本実施形態の粒子状物質検出装置１００を効率的に製造することが可能となる。
【００４９】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内を通過する粒子状物質が、ディーゼルエンジンより排出される煤であるときに、特にその効果を発揮させることができる。
【００５０】
次に、本実施形態の粒子状物質検出装置１００の製造方法について説明する。
【００５１】
（成形原料の調製）
アルミナ、コージェライト化原料、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種の誘電体原料と、成形原料として使用する他の成分とを混合し、スラリー状の成形原料を調製する。誘電体原料としては、上記原料が好ましいが、これに限定されるものではない。他の原料としては、バインダー、可塑剤、分散剤、分散媒等を使用することが好ましい。
【００５２】
バインダーとしては、特に限定されるものではないが、水系バインダー、非水系バインダーのどちらでもよく、水系バインダーとしてはメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド等を好適に使用でき、非水系バインダーとしてはポリビニルブチラール、アクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を好適に使用することができる。アクリル系樹脂としては、（メタ）アクリル樹脂、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等を挙げることができる。
【００５３】
バインダーの添加量は、誘電体原料１００質量部に対して、３〜２０質量部であることが好ましく、６〜１７質量部であることが更に好ましい。このようなバインダー含有量とすることにより、スラリー状の成形原料を成形してグリーンシートを成形したとき、及び、乾燥、焼成したときに、クラック等の発生を防止することが可能となる。
【００５４】
可塑剤としては、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル等を使用することができる。
【００５５】
可塑剤の添加量は、バインダー添加量１００質量部に対して、３０〜７０質量部であることが好ましく、４５〜５５質量部であることが更に好ましい。７０質量部より多いと、グリーンシートが柔らかくなりすぎ、シートを加工する工程において変形しやすくなることがあり、３０質量部より少ないと、グリーンシートが硬くなりすぎ、曲げただけでクラックが入るなどハンドリング性が悪くなることがある。
【００５６】
分散剤としては、水系ではアニオン系界面活性剤、ワックスエマルジョン、ピリジン等を使用することが出来、非水系では脂肪酸、リン酸エステル、合成界面活性剤等を使用することができる。
【００５７】
分散剤は、誘電体原料１００質量部に対して、０．５〜３質量部であることが好ましく、１〜２質量部であることが更に好ましい。０．５質量部より少ないと、誘電体原料の分散性が低下することがあり、グリーンシートにクラック等が生じることがある。３質量部より多いと、誘電体原料の分散性は変わらずに焼成時の不純物を増やすことになる。
【００５８】
分散媒としては、水等を使用することができる。分散媒は、誘電体原料１００質量部に対して、５０〜２００質量部であることが好ましく、７５〜１５０質量部であることが更に好ましい。
【００５９】
上記各原料をアルミナ製ポット及びアルミナ玉石を用いて十分に混合してグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を作製する。また、これらの材料を、モノボールによりボールミル混合して作製してもよい。
【００６０】
次に、得られたグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、さらに所定の粘度となるように調製する。成形原料の調製において得られるスラリー状の成形原料の粘度は、２．０〜６．０Ｐａ・ｓであることが好ましく、３．０〜５．０Ｐａ・ｓであることが更に好ましく、３．５〜４．５Ｐａ・ｓであることが特に好ましい。粘度範囲をこのように調整すると、スラリーをシート状に成形し易くなるため好ましい。スラリー粘度は、高過ぎても低過ぎても成形し難くなることがある。尚、スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計で測定した値である。
【００６１】
（成形加工）
次に、上記方法により得られたスラリー状の成形原料をシート状に成形加工して、グリーンシートを形成する。成形加工方法は、成形原料をシート状に成形してグリーンシートを形成することができれば特に限定されず、ドクターブレード法、プレス成形法、圧延法、カレンダーロール法等の公知の方法を使用することができる。このとき、グリーンシートを積層したときに貫通孔が形成されるように、貫通孔形成用のグリーンシートを作製する。
【００６２】
製造するグリーンシートの厚さは、５０〜８００μｍであることが好ましい。
【００６３】
得られたグリーンシートの表面に各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を配設する。例えば、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すような、粒子状物質検出装置１００を作製する場合には、図１Ｂ、図４〜図７に示されるように、各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子が所定の位置に配設されるように、グリーンシートの対応する位置に各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を印刷することが好ましい。配設する各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を形成するための導体ペーストを調製する。この導体ペーストは、各電極、配線等のそれぞれの形成に必要なそれぞれの材質に合わせて、金、銀、白金、ニッケル、モリブデン、及びタングステンからなる群から選択される少なくとも一種を含有する粉末に、バインダ及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミル等を用いて十分に混錬して調製することができる。このようにして形成した、各電極、配線等の形成に必要な材質を含有するそれぞれの導体ペーストを、グリーンシートの表面にスクリーン印刷等を用いて印刷して、所定の形状の各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を形成する。
【００６４】
次に、グリーンシートを積層する。積層するときには、各電極等及び貫通孔が図１Ｂ及び図２に示すような配置になるようにする。積層は加圧しながら行うことが好ましい。
【００６５】
（焼成）
得られた、グリーンシートの積層体を６０〜１５０℃で乾燥し、１２００〜１６００℃で焼成して粒子状物質検出装置を作製する。グリーンシートが有機バインダーを含有する場合には、焼成の前に、４００〜８００℃で脱脂することが好ましい。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００６７】
（実施例１）
（成形原料の調製）
アルミナを誘電体原料として使用し、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエートを使用し、分散媒として有機溶剤（キシレン、ブタノール＝６：４（質量比））を使用し、これらをアルミナ製ポットに入れて混合し、グリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を作製した。各原料の使用量は、アルミナ１００質量部に対して、バインダー７質量部、可塑剤３．５質量部、分散剤１．５質量部、有機溶剤１００質量部とした。
【００６８】
次に、得られたグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、粘度４Ｐａ・ｓとなるように調製した。スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計で測定した。
【００６９】
（成形加工）
次に、上記方法により得られたスラリー状の成形原料をドクターブレード法を用いてシート状に成形加工した。このとき、グリーンシートを積層したときにキャビティが形成されるように、キャビティ形成用のグリーンシートも作製した。グリーンシートの厚さは、２５０μｍとした。
【００７０】
得られたグリーンシートの表面に、図１Ｂ、図４〜図７に示されるような各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を形成した。配設する各電極、配線、及び取り付け端子を形成するための導体ペーストは、白金粉末に、溶剤として２−エチルヘキサノール、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエート、グリーンシートの共生地としてアルミナ、焼結助剤としてガラスフリットを加え、らいかい機及びトリロールミルを用いて十分に混錬して調製した（質量比で、白金：アルミナ：ガラスフリット：２−エチルヘキサノール：ポリビニルブチラール：フタル酸ジ−２−エチルヘキシル：ソルビタントリオレエート＝８０：１５：５：５０：７：３．５：１）。また、加熱部を形成するための導体ペーストは、白金粉末に、溶剤として２−エチルヘキサノール、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエート、グリーンシートの共生地としてアルミナ、焼結助剤としてガラスフリットを加え、らいかい機及びトリロールミルを用いて十分に混錬して調製した（質量比で、白金：アルミナ：ガラスフリット：２−エチルヘキサノール：ポリビニルブチラール：フタル酸ジ−２−エチルヘキシル：ソルビタントリオレエート＝８０：１５：５：５０：７：３．５：１）。このようにして形成した導体ペーストを、グリーンシートの表面にスクリーン印刷を用いて印刷して、所定の形状の電極等を形成した。
【００７１】
次に、グリーンシートを加熱可能な一軸プレス機を用いて加圧積層し、グリーンシートからなる粒子状物質検出装置の未焼成体を得た。
【００７２】
（焼成）
得られた、グリーンシートの積層体（粒子状物質検出装置の未焼成体）を１２０℃で乾燥し、１５００℃で焼成して粒子状物質検出装置を作製した。得られた粒子状物質検出装置は、０．７ｃｍ×０．２ｃｍ×１２ｃｍの直方体において、他方の端部が、図１Ｂに示すように細くなった形状であった。細くなった他方の端部は、幅４．２５ｃｍ、長さ１．２ｃｍであった。貫通孔は、排ガスの流通方向に垂直な断面形状が１ｃｍ×０．０５ｃｍの長方形であった。
【００７３】
（放電用電源）
放電用の電源としては、パルス電源とＤＣ電源を用い、電極の取り出し端子に接続した。
【００７４】
電極間のインピーダンスを測定するための測定部としては、アジレントテクノロジー社製のインピーダンスアナライザを用い、電極の取り出し端子に接続した。
【００７５】
（粒子状物質測定方法）
得られた粒子状物質検出装置を、ディーゼルエンジンの排気管に設置した。ディーゼルエンジンとしては、排気量２０００ｃｃの直噴−ディーゼルエンジンを使用し、回転数１５００ｒｐｍ、トルク２４Ｎ・ｍ、ＥＧＲ（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）開度５０％、排ガス温度２００℃、吸入空気１．３ｍ３（室温換算）／分の運転条件下で排ガスを発生させた。スモークメータ（ＡＶＬ社製、商品名：型式４１５８）による排ガス中の粒子状物質量は、２．０ｍｇ／ｍ３であった。粒子状物質の検出は、以下のように行った。ディーゼルエンジンから排ガスを発生させながら、粒子状物質を荷電集塵する前に、一対の電極間の初期の静電容量（ｐＦ）を、１分間に亘って６回測定し、その後、粒子状物質を１分間に亘って荷電集塵し、その後、荷電集塵操作を停止して、再度、静電容量（一対の電極間の１分間集塵後の静電容量）（ｐＦ）を、１分間に亘って６回測定した。初期の静電容量及び１分間集塵後の静電容量は、いずれも６回の測定の平均値を求めた。そして、初期の静電容量と１分間集塵後の静電容量との差から、集塵された粒子状物質の質量を算出した。粒子状物質の質量の算出は、粒子状物質の吸着量に対する静電容量の変化について、予め検量線を作成しておき、その検量線を用いて行った。
尚、本測定においては、ヒーターによる粒子状物質の燃焼は行わないこととした。粒子状物質を荷電集塵する際には、高電圧電源による印加電圧をＤＣ２．０ｋＶとし、電極間の静電容量測定時には、測定部から印加電圧をＡＣ２Ｖ、周波数を１０ｋＨｚとした。結果を表１に示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１より、初期測定時と集塵後の静電容量（インピーダンス）の差が明確に示された。これより、１分間のインピーダンス測定でも、排ガス中の粒子状物質量の増加を検出することが可能であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
ＤＰＦの欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識するために好適に利用することができ、これにより大気汚染の防止に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図１Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図２】図１ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。
【図３】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図２に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。
【図６】図２のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【図７】図２のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。
【図８】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図５に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【図９Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含む断面を示す模式図である。
【図９Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含まない断面を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８０】
１：検出装置本体、１ａ：一方の端部、１ｂ：他方の端部、１ｃ：一方の先端部分、１ｄ：他方の先端部分、２：貫通孔、２ａ：入り口部分、２ｂ：拡開部分、１１，１２：電極、１１ａ，１２ａ，１３ａ：取り出し端子、１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１３ｂ：配線、１１ｃ、１２ｃ：電極の一方の端部、１１ｄ、１２ｄ：電極の他方の端部、１３：加熱部、１００，２００，３００，４００：粒子状物質検出装置、ａ：一方の端部同士を結んだ線分、ｂ：他方の端部同士を結んだ線分、Ｗ１：拡開された幅、Ｗ２：拡開されていない幅、Ｌ１：拡開部分の奥行き、Ｌ２：貫通孔のガス流通方向における長さ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出装置に関し、さらに詳しくは、小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
煙道排ガスやディーゼルエンジン排ガスには煤等の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）が含まれており、大気汚染の原因になっていた。これらを除去するために、セラミック等で作製されたフィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：ＤＰＦ）が広く用いられている。セラミック製のＤＰＦは、長期間の使用が可能であるが、熱劣化等によりクラックや溶損等の欠陥が発生することがあり、微量ではあるが粒子状物質が漏れる可能性がある。このような欠陥が発生した場合には、その欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識することが、大気汚染防止の観点から極めて重要である。
【０００３】
このような欠陥の発生を検知する方法として、ＤＰＦの下流側に粒子状物質検出装置を設ける方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６０−１２３７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発明は、コロナ放電によって粒子状物質を帯電させ、そのイオン電流を測定することにより、粒子状物質の量を測定するものである。このように、粒子状物質を帯電させてそのイオン電流を測定する方法では、粒子状物質に帯電するイオン電流が微弱であるため、その微弱なイオン電流を検出するために大掛かりな検出回路が必要になり、高価なものになるという問題があった。また、排ガスが高流量である場合には、粒子状物質を効果的に帯電させることができないため、粒子状物質の測定値が、実際に排ガスに含有されている粒子状物質の量より小さい値となり、その誤差が大きいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下の粒子状物質検出装置を提供するものである。
【０００７】
［１］ 一方の端部に一の貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体と、前記貫通孔を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極とを備え、前記貫通孔内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記一対の電極に電圧を印加することにより前記貫通孔内に生じる放電により荷電された、前記貫通孔内に流入する流体に含有される粒子状物質を、前記貫通孔の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより前記貫通孔の壁面に吸着された粒子状物質の質量を検出することが可能な粒子状物質検出装置。
【０００８】
［２］ 前記検出装置本体の他方の端部に、前記一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子が配設された［１］に記載の粒子状物質検出装置。
【０００９】
［３］ 前記検出装置本体の他方の端部に、前記一対の電極のなかの一方の電極の取り出し端子が配設され、前記検出装置本体の一方の端部と他方の端部との間の位置に、前記一対の電極のなかの他方の電極の取り出し端子が配設された［２］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１０】
［４］ 前記貫通孔の壁面に沿うようにして検出装置本体の内部に配設された、前記貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調用の加熱部を更に備え、前記検出装置本体の他方の端部に、前記加熱部の取り出し端子が配設された［１］〜［３］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１１】
［５］ 前記一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の、前記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の前記加熱部が配設された［４］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１２】
［６］ 前記一対の電極のそれぞれの、前記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の前記加熱部が配設された［５］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１３】
［７］ 前記貫通孔の貫通方向に垂直な断面において、前記一対の電極の一方の端部同士を結んだ線分と他方の端部同士を結んだ線分とが、いずれも貫通孔内を通過するように、前記一対の電極が前記検出装置本体内に埋設された［１］〜［６］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１４】
［８］ 前記貫通孔の、前記流体が流入する入口部分及び前記流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されている［１］〜［７］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１５】
［９］ 前記検出装置本体の中心軸に直交する断面形状が、貫通孔の貫通方向において、一方の端部側から中央部に向かって漸次太くなり、中央部分で最も太く、更に他方の端部側に向かって漸次細くなる形状である［１］〜［８］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１６】
［１０］ 前記貫通孔の壁面に吸着した粒子状物質を、前記一対の電極に電圧を印加して前記貫通孔内に放電を起こして酸化除去することが可能な［１］〜［９］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１７】
［１１］ 前記貫通孔内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種である［１］〜［１０］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１８】
［１２］ 前記誘電体が、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種である［１］〜［１１］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の粒子状物質検出装置によれば、貫通孔を形成する検出装置本体の壁の内部に少なくとも一対の電極が埋設され、その一対の電極に電圧を印加して貫通孔内に放電を起こし、その放電により貫通孔内に存在する粒子状物質を荷電することができ、その荷電した粒子状物質を電極（貫通孔の壁面）に電気的に吸着させることが可能であり、また、荷電された粒子状物質が、貫通孔内に流入する流体に含有される場合には、その荷電された粒子状物質を電極（貫通孔の壁面）に電気的に吸着させることが可能である。そのため、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスのなかの貫通孔内に流入した排ガスのみについてその粒子状物質の質量を測定することが可能となり、これにより、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスに含有される全ての粒子状物質を直接測定するのではなく、貫通孔内に流入した粒子状物質だけを測定することにより排ガス全体の粒子状物質量を推算することができる。そのため、粒子状物質検出装置を小型化することが可能となり、それにより、狭いスペースに設置することが可能となり、更に安価に製造することが可能となる。また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（粒子状物質）の一部だけを貫通孔内に導入するため、貫通孔内に放電を起こす場合、貫通孔内の粒子状物質を全て効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることが可能となる。また、検出装置本体が一方向に長く形成され、その一方の端部に、貫通孔が形成されるとともに、少なくとも一対の電極が配設（埋設）されるため、貫通孔及び一対の電極の部分だけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、他方の端部側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。これにより、一対の電極の取り出し端子等の高温に曝さないことが望ましい部分を、配管の外に出した状態とすることが可能となり、精度の高い、安定した粒子状物質の検出を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２１】
図１Ａは、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図であり、図１Ｂは、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す側面図であり、図２は、図１ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。尚、図１Ａにおいては、取り出し端子（取り出し端子１２ａ等）は省略している。本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、一方の端部１ａに一の貫通孔（空洞）２が形成された一方向に長い検出装置本体１と、貫通孔２を形成する壁の内部に配設（埋設）され、誘電体で覆われた一対の電極１１，１２とを備えるものである。ここで、一対の電極は少なくとも一対備えることが必要であり、２対以上であってもよい。本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、一対の電極１１，１２が検出装置本体１の内部に埋設されており、検出装置本体１が誘電体から形成されることにより、一対の電極１１，１２がそれぞれ誘電体で覆われた状態となっている。そして、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、一対の電極１１，１２に電圧を印加することにより貫通孔２内に生じる放電により荷電された、貫通孔内に流入する流体に含有される粒子状物質を、貫通孔２の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、荷電した粒子状物質を貫通孔２の壁面に電気的に吸着させることが可能なものである。貫通孔２内に流入する流体に含有されている粒子状物質が荷電されていない場合には、貫通孔２内に放電を起こして流入した粒子状物質を荷電させて、貫通孔２の壁面に電気的に吸着させるが、貫通孔２内に流入する流体に含有されている粒子状物質が既に荷電されている場合には、放電により荷電させる必要がないため、そのまま、その「貫通孔２内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質」を貫通孔２の壁面に電気的に吸着させることが可能である。ここで、「粒子状物質が荷電されていない」というときは、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質の一部が荷電され、残部が荷電されていない場合や、粒子状物質は荷電されているが、荷電の程度が貫通孔２の壁面に粒子状物質が確実に電気的に吸着されるのに十分でない場合を含む。更に、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより、貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質の質量を検出することが可能である。これにより、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内に排ガス等を通過させて、排ガス中に含有される粒子状物質を検出することができる。
【００２２】
これにより、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスのなかの貫通孔内に流入した排ガスのみについてその粒子状物質の質量を測定することが可能となり、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスに含有される全ての粒子状物質を直接測定するのではなく、貫通孔内に流入した粒子状物質だけを測定することにより排ガス全体の粒子状物質量を推算することができるので、粒子状物質検出装置を小型化することが可能となり、それにより、狭いスペースに設置することが可能となり、更に安価に製造することが可能となる。また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（粒子状物質）の一部だけを貫通孔内に導入するため、貫通孔内に放電を起こして貫通孔内の粒子状物質を荷電する場合、貫通孔内の粒子状物質を全て効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることが可能となる。また、検出装置本体が一方向に長く形成され、その一方の端部に、貫通孔が形成されるとともに、少なくとも一対の電極が配設（埋設）されるため、貫通孔及び一対の電極が配設される部分だけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、他方の端部側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。これにより、一対の電極の取り出し端子等の高温に曝さないことが望ましい部分を、配管の外に出した状態とすることが可能となり、精度の高い、安定した粒子状物質の検出を行うことが可能となる。
【００２３】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、検出装置本体１の他方の端部１ｂに、一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子が配設されていることが好ましい。取り出し端子は、粒子状物質検出装置１００の検出装置本体１に配設された電極に電気的に接続され、外部からその電極に電圧を印加するための電源等からの配線を接続する部分である。粒子状物質検出装置１００は、一対の電極１１，１２、加熱部１３等に、それぞれ独立して接続された複数の取り出し端子（取り出し端子１１ａ，１２ａ，１３ａ）を有している。図１Ｂに示す本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、電極１２の取り出し端子１２ａが、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設されている。このように、一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子を、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設することにより、貫通孔及び一対の電極が配設される部分（一方の端部１ａ）と取り出し端子との間隔を大きくとることができるため、貫通孔等が配設される一方の端部１ａだけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、取り出し端子１２ａが配設されている他方の端部１ｂ側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。取り出し端子１２ａを高温にすると、粒子状物質の検出精度が低下し、安定した検出が行い難くなることがあったり、長期にわたって使用した場合に電気端子と外部に接続するためのハーネスとの接点不良が発生し測定不能になることがあるため、取り出し端子１２ａを配管の外に出し、高温に曝されない状態とすることにより、精度の高い、安定した粒子状物質の検出を行うことが可能となる。
【００２４】
検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設された取り出し端子１２ａは、図１Ｂに示すように、検出装置本体１の他方の端部１ｂの側面に、長手方向に延びるように配置されていることが好ましい。取り出し端子１２ａを配設する面は、検出装置本体１の他方の端部１ｂの側面である必要はなく、いずれの面であってもよい。また、取り出し端子１２ａは、検出装置本体１の他方の端部１ｂにおける側面の、幅方向における一方の端部に配置されていることが好ましい。また、図１ｂにおいては、検出装置本体１の他方の端部１ｂは、幅が狭くなっているが、他方の端部１ｂの幅は、このように狭くなっていてもよいし、狭くなっていなくてもよい。取り出し端子１２ａの形状及び大きさは、特に限定されるものではない。例えば、幅０．１〜２ｍｍ、長さ０．５〜２０ｍｍの帯状であることが好ましい。取り出し端子１２ａの材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００２５】
一対の電極１１，１２の両方の取り出し端子を、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設してもよいが、一方の電極（電極１２）の取り出し端子（取り出し端子１２ａ）を検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設し、他方の電極（電極１１）の取り出し端子（取り出し端子１１ａ）を、検出装置本体１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間の位置に配設することが好ましい。これにより、一方の電極（電極１２）の取り出し端子（取り出し端子１２ａ）と、他方の電極（電極１１）の取り出し端子（取り出し端子１１ａ）とを、間隔を開けて配設することになり、それにより、一対の電極１１，１２間に電圧を印加するために、取り出し端子１１ａと取り出し端子１２ａとの間に電圧を印加したときに、検出装置本体１の表面に沿面放電による短絡が生じることを防止することができる。ここで、本実施形態において、「検出装置本体の一方の端部」というときは、検出装置本体の一方の先端部分１ｃから、検出装置本体１の全長の３０％の長さに相当する位置までの範囲をいう。また、「検出装置本体の他方の端部」というときは、検出装置本体の他方の先端部分１ｄから、検出装置本体１の全長の３０％の長さに相当する位置までの範囲をいう。従って、検出装置本体１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間の位置とは、検出装置本体１から、上記一方の端部１ａと他方の端部１ｂの範囲を除いた部分ということになる。本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、取り出し端子１１ａと取り出し端子１２ａとの間の距離が、５〜１００ｍｍであることが好ましく、１０〜７０ｍｍであることが更に好ましい。５ｍｍより短いと沿面放電による短絡がしやすくなることがあり、１００ｍｍより長いと、取り出し端子１１ａが配管の外に位置するように、粒子状物質検出装置１００の検出装置本体１を配管等に装着したときに、検出装置本体１の配管の外側に突き出る部分が長くなりすぎ、検出装置本体１を狭い空間に取り付けることが難しくなることがある。
【００２６】
また、検出装置本体１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間の位置に配設した取り出し端子１１ａと、貫通孔２との間の距離は、１０ｍｍより長いことが好ましく、２０ｍｍより長いことが更に好ましい。１０ｍｍより短いと、粒子状物質検出装置１００を、貫通孔２の部分が配管内に挿入されるように、配管に装着したときに、配管内を流通する高温の排ガスの熱が取り出し端子１１ａに影響を及ぼしやすくなることがある。
【００２７】
取り出し端子１１ａの形状及び大きさは、特に限定されるものではない。例えば、幅０．５〜３ｍｍ、長さ０．５〜３ｍｍの四角形等の多角形状であることが好ましいが、円形、楕円形、レーストラック形状、その他の形状等であってもよい。取り出し端子１１ａの材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００２８】
粒子状物質の質量を検出する方法としては、荷電した粒子状物質が電極に吸着されることによる、一対の電極１１，１２の電気的な特性変化を測定することが挙げられる。具体的には、例えば、一対の電極１１，１２間の静電容量等から計算されるインピーダンスを測定し、インピーダンスの変化から吸着された粒子状物質の質量を算出し、排ガス中の粒子状物質（質量）を検出する方法を挙げることができる。従って、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、取り出し端子１１ａ，１２ａに接続された、電極１１，１２間のインピーダンスを測定する測定部を更に備えることが好ましい。測定部としては、静電容量だけでなく、インピーダンス計測可能なＬＣＲメーターやインピーダンスアナライザ等を挙げることができる。
【００２９】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００において、検出装置本体１は、一方向に長く形成され、その長手方向の長さは、特に限定されないが、排ガス配管に挿入した時に排ガス中の粒子状物質を効率よくサンプリングできる長さであることが好ましい。例えば、５０〜２００ｍｍ程度が好ましい。本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、上記長手方向の一方の端部１ａに貫通孔２が形成されている。また、検出装置本体１の厚さ（「検出装置本体の長手方向」及び「ガスの流通方向」の両方に垂直な方向（厚さ方向）における長さ）は、特に限定されないが、例えば、０．５〜３ｍｍ程度が好ましい。ここで、「検出装置本体１の厚さ」というときは、上記厚さ方向において最も厚い部分の厚さをいう。また、検出装置本体１の、貫通孔２にガスが流通するときの流通方向における長さは、特に限定されないが、例えば、２〜２０ｍｍ程度が好ましい。検出装置本体１の形状は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、長手方向に直行する断面形状が長方形の板状であってもよいし、当該断面形状が円形、楕円形等の棒状であってもよいし、一方向に長い形状であれば、その他の形状であってもよい。検出装置本体１の材質は、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。そして、耐熱衝撃性に優れるため、コージェライトが更に好ましい。これらの材質はいずれも誘電体であるため、電極１１，１２を検出装置本体１の内部に埋設することにより、誘電体に覆われた電極１１，１２を形成することが可能となる。そして、粒子状物質検出装置１００が、優れた耐熱性、耐絶縁破壊特性等を有するものとなる。ここで、本実施形態において、「誘電体」とは、導電性よりも誘電性が優位である物質で、直流電圧に対して絶縁体として振舞う物質のことをいう。
【００３０】
図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２を形成する壁の内部に一対の電極１１，１２が埋設されており、貫通孔２を挟むようにして誘電体で覆われた電極１１，１２が配置された状態になっている。これにより、電極１１，１２間に所定の電圧を印加することにより、貫通孔２内に放電を起こすことが可能となる。尚、電極としては、少なくとも一対配設されていることが必要である。また、電極は、貫通孔２を形成する壁の内部に埋設されていればよく、図２に示すように貫通孔２を挟むように配設されていることが好ましいが、壁の電気的特性を検知でき、貫通孔２内に放電を起こせれば、貫通孔２を取り囲む壁のどの位置に一対の電極が配設されてもよい。また、複数対の電極を配設し、異なる対の電極により、放電と電気的特性の検知とを別々に行ってもよい。放電の種類としては、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種であることが好ましい。このような放電を生じさせるため、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、取り出し端子１１ａ，１２ａに接続された、放電用の電源を更に備えることが好ましい。放電用の電源としては、高電圧の交流電源、直流電源等が好ましい。また、放電させるために印加する電圧としては、パルス電圧、矩形波等交流電圧が好ましい。また、印加する電圧の条件としては、ギャップ、ガス温度によって変わるが２００ｋＶ／ｃｍ以下が好ましい。また、電圧を印加するときの、電力は、０．１〜１０Ｗが好ましい。
【００３１】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質が荷電されていない場合に、貫通孔２内に放電を起こすことにより、粒子状物質を荷電して、貫通孔２の壁面に荷電した粒子状物質を電気的に吸着させるものである。そして、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質が、貫通孔２内に流入する前から既に荷電されている場合には、貫通孔２内の放電により改めて荷電させる必要がないため、貫通孔２内に放電を起こすことなく、貫通孔２の壁面にその荷電されている粒子状物質を電気的に吸着させるものである。貫通孔２内に放電を起こして粒子状物質を荷電させる場合には、荷電した粒子状物質は、放電中に、その荷電した粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられ、壁面に吸着される。これに対し、粒子状物質が貫通孔２内に流入する前から荷電されている場合には、電極１１，１２間に、所定の条件の電圧を印加し、荷電している粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられるようにする。ここで、粒子状物質が貫通孔２内に流入する前から荷電されている場合に、電極１１，１２間に印加する電圧の条件は、４ｋＶ／ｃｍ〜４０ｋＶ／ｃｍであることが好ましい。
【００３２】
電極１１，１２の形状及び大きさは、特に限定されるものではなく、貫通孔２内に放電を起こすことが可能であればよい。例えば、形状としては、長方形、円形、長円形等を挙げることができる。また、電極１１，１２の大きさは、例えば、貫通孔２の、側面から見たときの面積の７０％以上であることが好ましい。
【００３３】
電極１１，１２の厚さは特に限定されず、貫通孔２内に放電を起こすことが可能であればよい。例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。電極１１，１２の材質としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等を挙げることができる。
【００３４】
一対の電極のなかの一方の電極（電極１１）と貫通孔２との間の距離、及び他方の電極（電極１２）と貫通孔２との間の距離は、５０〜５００μｍであることが好ましく、１００〜３００μｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、効果的に貫通孔内に放電を生じさせることができる。電極１１及び電極１２と、貫通孔２との間の距離は、電極１１を覆う誘電体及び電極１２を覆う誘電体の、貫通孔２に面する部分の厚さということになる。
【００３５】
また、図３に示すように、貫通孔２の貫通方向に垂直な断面において、一対の電極１１，１２の一方の端部１１ｃ，１２ｃ同士を結んだ線分ａと、他方の端部１１ｄ，１２ｄ同士を結んだ線分ｂとが、いずれも貫通孔２内を通過するように、一対の電極１１，１２が検出装置本体１内に埋設されていることが好ましい。ここで、図３は、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態（粒子状物質検出装置２００）を示し、図２に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。図３において、上記本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態（粒子状物質検出装置１００）における構成要素と、共通の構成要素については同一の符号を付している。また、「一対の電極１１，１２の一方の端部１１ｃ，１２ｃ同士を結んだ線分ａ」というときは、一対の電極１１，１２のそれぞれの、検出装置本体１の一方の端部１ａ側に位置する端部１１ｃ，１２ｃ同士を結んだ線分を意味し、「一対の電極１１，１２の他方の端部１１ｄ，１２ｄ同士を結んだ線分ｂ」というときは、一対の電極１１，１２のそれぞれの、検出装置本体１の他方の端部１ｂ側に位置する端部１１ｄ，１２ｄ同士を結んだ線分を意味する。また、「線分ａ及び線分ｂが貫通孔２内を通過する」という場合、線分ａが貫通孔２の壁面部分と重なる場合、及び線分ｂが貫通孔２の壁面部分と重なる場合を含む。そして、線分ａ，ｂがともに、貫通孔２の壁面部分と重なる場合が更に好ましい。この場合、電極１１及び電極１２が、側面から見たときに、貫通孔２に、全体的に重なっている状態となる。例えば、図２に示す本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、電極１１及び電極１２が、側面から見たときに、貫通孔２に、全体的に重なっている状態にある。ここで、「側面から見たとき」とは、「「検出装置本体の長手方向」及び「ガスの流通方向」の両方に垂直な方向から、粒子状物質検出装置１００の内部を透視して、電極１１，１２及び貫通孔を見たとき」ということを意味する。このように、一対の電極１１，１２の一方の端部１１ｃ，１２ｃ同士を結んだ線分ａと、他方の端部１１ｄ，１２ｄ同士を結んだ線分ｂとが、いずれも貫通孔２内を通過するように、一対の電極１１，１２を検出装置本体１の内部に配置したことにより、一対の電極１１，１２間に電圧を印加したときに生じる電界のほとんどが、貫通孔２内を通過するため、貫通孔２内に粒子状物質が付着することによる電気的特性の変化を感度良く検出することが可能となる。仮に、一対の電極１１，１２により挟まれる領域において、誘電体のみが一対の電極１１，１２に挟まれ、一対の電極１１，１２間に生じる電界が誘電体のみを通過する部分があった場合には、一対の電極１１，１２間の電気的特性を測定しようとすると、一対の電極１１，１２に挟まれた貫通孔２の部分の電気的特性と、一対の電極１１，１２に挟まれた誘電体部分の電気的特性を合わせて測定することになる。そうすると、測定しようとするインピーダンス等の電気的特性が、通常、貫通孔２内よりも誘電体部分のほうが大きいため、誘電体部分を測定した電気的特性の値が大きくなりすぎ、貫通孔２内の粒子状物質の付着による電気的特性の変化を感度良く検出することが難しくなることがある。
【００３６】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、図４に示すように、電極１１には、検出装置本体１の長手方向に延びる配線１１ｂが接続されて居り、配線１１ｂが、その先端（電極１１に接続されていない側の先端）部分で、図１Ｂに示す取り出し端子１１ａに層間接続（ビア接続）されている。また、図５に示すように、検出装置本体１の一方の端部１ａに貫通孔２が形成されている。ここで、図４は、図２のＢ−Ｂ’断面を示す模式図であり、図５は、図２のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。
【００３７】
また、図６に示すように、電極１２には検出装置本体１の長手方向に延びる配線１２ｂが接続され、配線１２ｂは、図１Ｂに示す取り出し端子１２ａに層間接続されている。ここで、図６は、図２のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【００３８】
配線１１ｂ及び配線１２ｂの幅は、特に限定されず、例えば、０．２〜１ｍｍ程度が好ましい。また、配線１１ｂ及び配線１２ｂの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。また、配線１１ｂ及び配線１２ｂの材質としては、Ｐｔ、ＭＯ、Ｗ等を挙げることができる。
【００３９】
図２及び図７に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２の壁面（検出装置本体１の側面に並行する壁面）に沿うようにして検出装置本体１の内部に配設（埋設）された加熱部１３を更に備えることが好ましい。加熱部１３により、電極に吸着された粒子状物質を加熱酸化させることができ、また、粒子状物質の質量測定時等において、貫通孔２の内部空間を所望の温度に調節し、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調を行うことができる。加熱部１３は、幅広のフィルム状であってもよいが、図７に示すように、線状の金属材料を、波状に配置し、先端部分でＵ−ターンするように配置したものであることが好ましい。このような形状にすることにより、貫通孔内部を均一に過熱することが可能となる。加熱部１３の材質としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等を挙げることができる。加熱部１３は、貫通孔２の壁面に沿うようにして検出装置本体１の内部に埋設されることが好ましいが、図５に示すように、貫通孔２が配置されている位置だけでなく、更に検出装置本体１の他方の端部１ｂ側に延びるように形成されていてもよい。これにより、貫通孔内部と貫通孔付近との温度差を小さくでき、急加熱しても素子の破損が起きにくい利点がある。加熱部１３により、貫通孔２の内部空間の温度を６５０℃まで上昇できることが好ましい。
【００４０】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の、貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の加熱部１３が配設されていることが好ましい。図２に示す本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、電極１２の貫通孔２が形成されている側に対して反対側の位置に、加熱部１３が配設されている。このように、加熱部１３が、一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の、貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に配設されていることにより、加熱部１３の導体の電気的な影響を受けることなく、一対の電極１１，１２により、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定しやすくなる。図２においては、加熱部１３は一つであるが、電極１２の貫通孔２が配設されている側に対して反対側の位置に複数配設されてもよい。また、図２においては、一対の電極のなかの一方の電極（電極１２）の、貫通孔２が配設されている側に対して反対側の位置に加熱部１３が配設されているが、一対の電極１１，１２のそれぞれの（両方の）、貫通孔２が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の加熱部１３が配設されることも好ましい。加熱部１３の配置及び数は、温度調節、捕集した粒子状物質の酸化除去等の目的を達成するために必要な配置及び数とすることができる。
【００４１】
図７に示すように、加熱部１３は、配線１３ｂ，１３ｂに接続され、配線１３ｂ，１３ｂは、それぞれ図１Ｂに示す取り出し端子１３ａ，１３ａに層間接続されている。加熱部１３の取り出し端子１３ａも、電極１１，１２の取り出し端子１１ａ，１２ａの場合と同様に、検出装置本体１の一方の端部１ａ側が加熱されたときの熱の影響を回避するために、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設されることが好ましい。図１Ｂにおいては、取り出し端子１２ａが、検出装置本体１の側面においてその幅方向における一方の端縁に配置され、取り出し端子１３ａ，１３ａが、取り出し端子１２ａの横に、２本が並ぶように配置されているが、取り出し端子１２ａ及び取り出し端子１３ａ，１３ａの配置は、このような配置に限定されるものではない。
【００４２】
加熱部１３が線状である場合、その線の幅は、特に限定されず、例えば、０．０５〜１ｍｍ程度が好ましい。また、加熱部１３の厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。配線１３ｂの幅は、特に限定されず、例えば、０．７〜４ｍｍ程度が好ましい。また、配線１３ｂの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。加熱部１３に対応する取り出し端子１３ａの幅は、特に限定されず、例えば、０．１〜２ｍｍ程度が好ましい。また、取り出し端子１３ａの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜１０００μｍ程度が好ましい。配線１３ｂ及び取り出し端子１３ａの材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００４３】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、電極に吸着された粒子状物質を、一対の電極１１，１２に電圧を印加して貫通孔２内に放電を起こして、酸化除去することができるものであることが好ましい。粒子状物質を酸化除去する場合の放電を生じさせる条件としては、電界強度が１０〜２００ｋＶ／ｃｍであり、エネルギー投入量が、被処理物質に対して０．０５〜１０Ｊ／μｇであることが好ましい。
【００４４】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、加熱部１３の取り出し端子１３ａに接続された、加熱用電源を更に備えることが好ましい。加熱用電源としては、定電流電源等を挙げることができる。
【００４５】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００において、貫通孔２の形状、及び大きさは特に限定されず、排ガスを通過させ、粒子状物質の量を測定できるものであればよい。例えば、貫通孔２の、検出装置本体の長手方向における長さは、２〜２０ｍｍ程度が好ましく、貫通孔２の、電極１１，１２で挟まれる部分の幅（検出装置本体の長手方向、及びガスの流通方向の両方に垂直な方向における長さ）は、３〜３０ｍｍ程度が好ましい。このような範囲とすることにより、粒子状物質を含む排ガスを貫通孔２内に十分に流通させることができ、更に、貫通孔２内に粒子状物質を荷電するために効果的な放電を起こすことが可能となる。また、貫通孔２の形状としては、貫通孔２の、流体が流入する入口部分及び流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されていることが好ましい。貫通孔２の、流体が流入する入口部分及び流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されていることにより、より効率的に配管内を流通する排ガス等を粒子状物質検出装置の貫通孔内に流入（入口部分が拡開された場合）及び／又は流出（出口部分が拡開された場合）させることが可能となる。図８に示す本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態（粒子状物質検出装置３００）においては、貫通孔２の、流体が流入する入口部分２ａのみが拡開され、拡開部分２ｂが形成されている。また、図８に示す粒子状物質検出装置３００においては、貫通孔２は、検出装置本体１の長手方向に広がるように拡開されているが、検出装置本体１の厚さ方向に広がるように拡開されてもよい。図８は、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図５に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態（粒子状物質検出装置１００）の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【００４６】
拡開部分２ｂの拡開された幅（貫通孔２のガス流通方向における最先端部分の幅）Ｗ１は、貫通孔２の拡開されていない部分の幅Ｗ２に対して２〜２００％が好ましい。また、拡開部分２ｂの、貫通孔２のガス流通方向における奥行き（拡開部分の奥行き）Ｌ１は、検出装置本体１の、貫通孔２のガス流通方向における長さＬ２の５〜３０％が好ましい。
【００４７】
図９Ａ及び９Ｂに示すように、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態（粒子状物質検出装置４００）は、検出装置本体１の中心軸に直交する断面形状が、貫通孔２の貫通方向において、一方の端部側から中央部に向かって漸次太くなり、中央部分で最も太く、更に他方の端部側に向かって漸次細くなる形状であることが好ましい。検出装置本体の形状をこのようにすることにより、貫通孔のガスの流通方向を、配管内の排気ガスの流通方向に合わせた（平行にした）ときに、配管内の排気ガスの流れを良好にすることができる。粒子状物質検出装置（検出装置本体）の、貫通孔の貫通方向における「中央部分」とは、粒子状物質検出装置の、貫通孔の貫通方向における長さを３等分したときの、中央に位置する「３分の１の範囲」を意味する。従って、「粒子状物質検出装置の、貫通孔の貫通方向において、中央部分で最も太く」というときは、上記「中央部分に位置する３分の１の範囲」に最も太い部分が位置することを意味する。ここで、図９Ａは、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含む断面を示す模式図であり、図９Ｂは、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含まない断面を示す模式図である。
【００４８】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、検出装置本体１が、複数のテープ状セラミック（セラミックシート）が積層されてなるものであることが好ましい。これにより、複数のテープ状セラミックを、それぞれの間に各電極、配線等を挟みながら積層して粒子状物質検出装置１００を作製することができるため、本実施形態の粒子状物質検出装置１００を効率的に製造することが可能となる。
【００４９】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内を通過する粒子状物質が、ディーゼルエンジンより排出される煤であるときに、特にその効果を発揮させることができる。
【００５０】
次に、本実施形態の粒子状物質検出装置１００の製造方法について説明する。
【００５１】
（成形原料の調製）
アルミナ、コージェライト化原料、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種の誘電体原料と、成形原料として使用する他の成分とを混合し、スラリー状の成形原料を調製する。誘電体原料としては、上記原料が好ましいが、これに限定されるものではない。他の原料としては、バインダー、可塑剤、分散剤、分散媒等を使用することが好ましい。
【００５２】
バインダーとしては、特に限定されるものではないが、水系バインダー、非水系バインダーのどちらでもよく、水系バインダーとしてはメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド等を好適に使用でき、非水系バインダーとしてはポリビニルブチラール、アクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を好適に使用することができる。アクリル系樹脂としては、（メタ）アクリル樹脂、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等を挙げることができる。
【００５３】
バインダーの添加量は、誘電体原料１００質量部に対して、３〜２０質量部であることが好ましく、６〜１７質量部であることが更に好ましい。このようなバインダー含有量とすることにより、スラリー状の成形原料を成形してグリーンシートを成形したとき、及び、乾燥、焼成したときに、クラック等の発生を防止することが可能となる。
【００５４】
可塑剤としては、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル等を使用することができる。
【００５５】
可塑剤の添加量は、バインダー添加量１００質量部に対して、３０〜７０質量部であることが好ましく、４５〜５５質量部であることが更に好ましい。７０質量部より多いと、グリーンシートが柔らかくなりすぎ、シートを加工する工程において変形しやすくなることがあり、３０質量部より少ないと、グリーンシートが硬くなりすぎ、曲げただけでクラックが入るなどハンドリング性が悪くなることがある。
【００５６】
分散剤としては、水系ではアニオン系界面活性剤、ワックスエマルジョン、ピリジン等を使用することが出来、非水系では脂肪酸、リン酸エステル、合成界面活性剤等を使用することができる。
【００５７】
分散剤は、誘電体原料１００質量部に対して、０．５〜３質量部であることが好ましく、１〜２質量部であることが更に好ましい。０．５質量部より少ないと、誘電体原料の分散性が低下することがあり、グリーンシートにクラック等が生じることがある。３質量部より多いと、誘電体原料の分散性は変わらずに焼成時の不純物を増やすことになる。
【００５８】
分散媒としては、水等を使用することができる。分散媒は、誘電体原料１００質量部に対して、５０〜２００質量部であることが好ましく、７５〜１５０質量部であることが更に好ましい。
【００５９】
上記各原料をアルミナ製ポット及びアルミナ玉石を用いて十分に混合してグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を作製する。また、これらの材料を、モノボールによりボールミル混合して作製してもよい。
【００６０】
次に、得られたグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、さらに所定の粘度となるように調製する。成形原料の調製において得られるスラリー状の成形原料の粘度は、２．０〜６．０Ｐａ・ｓであることが好ましく、３．０〜５．０Ｐａ・ｓであることが更に好ましく、３．５〜４．５Ｐａ・ｓであることが特に好ましい。粘度範囲をこのように調整すると、スラリーをシート状に成形し易くなるため好ましい。スラリー粘度は、高過ぎても低過ぎても成形し難くなることがある。尚、スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計で測定した値である。
【００６１】
（成形加工）
次に、上記方法により得られたスラリー状の成形原料をシート状に成形加工して、グリーンシートを形成する。成形加工方法は、成形原料をシート状に成形してグリーンシートを形成することができれば特に限定されず、ドクターブレード法、プレス成形法、圧延法、カレンダーロール法等の公知の方法を使用することができる。このとき、グリーンシートを積層したときに貫通孔が形成されるように、貫通孔形成用のグリーンシートを作製する。
【００６２】
製造するグリーンシートの厚さは、５０〜８００μｍであることが好ましい。
【００６３】
得られたグリーンシートの表面に各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を配設する。例えば、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すような、粒子状物質検出装置１００を作製する場合には、図１Ｂ、図４〜図７に示されるように、各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子が所定の位置に配設されるように、グリーンシートの対応する位置に各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を印刷することが好ましい。配設する各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を形成するための導体ペーストを調製する。この導体ペーストは、各電極、配線等のそれぞれの形成に必要なそれぞれの材質に合わせて、金、銀、白金、ニッケル、モリブデン、及びタングステンからなる群から選択される少なくとも一種を含有する粉末に、バインダ及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミル等を用いて十分に混錬して調製することができる。このようにして形成した、各電極、配線等の形成に必要な材質を含有するそれぞれの導体ペーストを、グリーンシートの表面にスクリーン印刷等を用いて印刷して、所定の形状の各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を形成する。
【００６４】
次に、グリーンシートを積層する。積層するときには、各電極等及び貫通孔が図１Ｂ及び図２に示すような配置になるようにする。積層は加圧しながら行うことが好ましい。
【００６５】
（焼成）
得られた、グリーンシートの積層体を６０〜１５０℃で乾燥し、１２００〜１６００℃で焼成して粒子状物質検出装置を作製する。グリーンシートが有機バインダーを含有する場合には、焼成の前に、４００〜８００℃で脱脂することが好ましい。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００６７】
（実施例１）
（成形原料の調製）
アルミナを誘電体原料として使用し、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエートを使用し、分散媒として有機溶剤（キシレン、ブタノール＝６：４（質量比））を使用し、これらをアルミナ製ポットに入れて混合し、グリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を作製した。各原料の使用量は、アルミナ１００質量部に対して、バインダー７質量部、可塑剤３．５質量部、分散剤１．５質量部、有機溶剤１００質量部とした。
【００６８】
次に、得られたグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、粘度４Ｐａ・ｓとなるように調製した。スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計で測定した。
【００６９】
（成形加工）
次に、上記方法により得られたスラリー状の成形原料をドクターブレード法を用いてシート状に成形加工した。このとき、グリーンシートを積層したときにキャビティが形成されるように、キャビティ形成用のグリーンシートも作製した。グリーンシートの厚さは、２５０μｍとした。
【００７０】
得られたグリーンシートの表面に、図１Ｂ、図４〜図７に示されるような各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を形成した。配設する各電極、配線、及び取り付け端子を形成するための導体ペーストは、白金粉末に、溶剤として２−エチルヘキサノール、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエート、グリーンシートの共生地としてアルミナ、焼結助剤としてガラスフリットを加え、らいかい機及びトリロールミルを用いて十分に混錬して調製した（質量比で、白金：アルミナ：ガラスフリット：２−エチルヘキサノール：ポリビニルブチラール：フタル酸ジ−２−エチルヘキシル：ソルビタントリオレエート＝８０：１５：５：５０：７：３．５：１）。また、加熱部を形成するための導体ペーストは、白金粉末に、溶剤として２−エチルヘキサノール、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエート、グリーンシートの共生地としてアルミナ、焼結助剤としてガラスフリットを加え、らいかい機及びトリロールミルを用いて十分に混錬して調製した（質量比で、白金：アルミナ：ガラスフリット：２−エチルヘキサノール：ポリビニルブチラール：フタル酸ジ−２−エチルヘキシル：ソルビタントリオレエート＝８０：１５：５：５０：７：３．５：１）。このようにして形成した導体ペーストを、グリーンシートの表面にスクリーン印刷を用いて印刷して、所定の形状の電極等を形成した。
【００７１】
次に、グリーンシートを加熱可能な一軸プレス機を用いて加圧積層し、グリーンシートからなる粒子状物質検出装置の未焼成体を得た。
【００７２】
（焼成）
得られた、グリーンシートの積層体（粒子状物質検出装置の未焼成体）を１２０℃で乾燥し、１５００℃で焼成して粒子状物質検出装置を作製した。得られた粒子状物質検出装置は、０．７ｃｍ×０．２ｃｍ×１２ｃｍの直方体において、他方の端部が、図１Ｂに示すように細くなった形状であった。細くなった他方の端部は、幅４．２５ｃｍ、長さ１．２ｃｍであった。貫通孔は、排ガスの流通方向に垂直な断面形状が１ｃｍ×０．０５ｃｍの長方形であった。
【００７３】
（放電用電源）
放電用の電源としては、パルス電源とＤＣ電源を用い、電極の取り出し端子に接続した。
【００７４】
電極間のインピーダンスを測定するための測定部としては、アジレントテクノロジー社製のインピーダンスアナライザを用い、電極の取り出し端子に接続した。
【００７５】
（粒子状物質測定方法）
得られた粒子状物質検出装置を、ディーゼルエンジンの排気管に設置した。ディーゼルエンジンとしては、排気量２０００ｃｃの直噴−ディーゼルエンジンを使用し、回転数１５００ｒｐｍ、トルク２４Ｎ・ｍ、ＥＧＲ（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）開度５０％、排ガス温度２００℃、吸入空気１．３ｍ３（室温換算）／分の運転条件下で排ガスを発生させた。スモークメータ（ＡＶＬ社製、商品名：型式４１５８）による排ガス中の粒子状物質量は、２．０ｍｇ／ｍ３であった。粒子状物質の検出は、以下のように行った。ディーゼルエンジンから排ガスを発生させながら、粒子状物質を荷電集塵する前に、一対の電極間の初期の静電容量（ｐＦ）を、１分間に亘って６回測定し、その後、粒子状物質を１分間に亘って荷電集塵し、その後、荷電集塵操作を停止して、再度、静電容量（一対の電極間の１分間集塵後の静電容量）（ｐＦ）を、１分間に亘って６回測定した。初期の静電容量及び１分間集塵後の静電容量は、いずれも６回の測定の平均値を求めた。そして、初期の静電容量と１分間集塵後の静電容量との差から、集塵された粒子状物質の質量を算出した。粒子状物質の質量の算出は、粒子状物質の吸着量に対する静電容量の変化について、予め検量線を作成しておき、その検量線を用いて行った。
尚、本測定においては、ヒーターによる粒子状物質の燃焼は行わないこととした。粒子状物質を荷電集塵する際には、高電圧電源による印加電圧をＤＣ２．０ｋＶとし、電極間の静電容量測定時には、測定部から印加電圧をＡＣ２Ｖ、周波数を１０ｋＨｚとした。結果を表１に示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１より、初期測定時と集塵後の静電容量（インピーダンス）の差が明確に示された。これより、１分間のインピーダンス測定でも、排ガス中の粒子状物質量の増加を検出することが可能であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
ＤＰＦの欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識するために好適に利用することができ、これにより大気汚染の防止に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図１Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図２】図１ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。
【図３】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図２に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。
【図６】図２のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【図７】図２のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。
【図８】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図５に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【図９Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含む断面を示す模式図である。
【図９Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含まない断面を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８０】
１：検出装置本体、１ａ：一方の端部、１ｂ：他方の端部、１ｃ：一方の先端部分、１ｄ：他方の先端部分、２：貫通孔、２ａ：入り口部分、２ｂ：拡開部分、１１，１２：電極、１１ａ，１２ａ，１３ａ：取り出し端子、１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１３ｂ：配線、１１ｃ、１２ｃ：電極の一方の端部、１１ｄ、１２ｄ：電極の他方の端部、１３：加熱部、１００，２００，３００，４００：粒子状物質検出装置、ａ：一方の端部同士を結んだ線分、ｂ：他方の端部同士を結んだ線分、Ｗ１：拡開された幅、Ｗ２：拡開されていない幅、Ｌ１：拡開部分の奥行き、Ｌ２：貫通孔のガス流通方向における長さ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端部に一の貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体と、前記貫通孔を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極とを備え、
前記貫通孔内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記一対の電極に電圧を印加することにより前記貫通孔内に生じる放電により荷電された、前記貫通孔内に流入する流体に含有される粒子状物質を、前記貫通孔の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより前記貫通孔の壁面に吸着された粒子状物質の質量を検出することが可能な粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記検出装置本体の他方の端部に、前記一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子が配設された請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記検出装置本体の他方の端部に、前記一対の電極のなかの一方の電極の取り出し端子が配設され、
前記検出装置本体の一方の端部と他方の端部との間の位置に、前記一対の電極のなかの他方の電極の取り出し端子が配設された請求項２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記貫通孔の壁面に沿うようにして検出装置本体の内部に配設された、前記貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調用の加熱部を更に備え、前記検出装置本体の他方の端部に、前記加熱部の取り出し端子が配設された請求項１〜３のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の、前記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の前記加熱部が配設された請求項４に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記一対の電極のそれぞれの、前記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の前記加熱部が配設された請求項５に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記貫通孔の貫通方向に垂直な断面において、前記一対の電極の一方の端部同士を結んだ線分と他方の端部同士を結んだ線分とが、いずれも貫通孔内を通過するように、前記一対の電極が前記検出装置本体内に埋設された請求項１〜６のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記貫通孔の、前記流体が流入する入口部分及び前記流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されている請求項１〜７のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
前記検出装置本体の中心軸に直交する断面形状が、貫通孔の貫通方向において、一方の端部側から中央部に向かって漸次太くなり、中央部分で最も太く、更に他方の端部側に向かって漸次細くなる形状である請求項１〜８のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１０】
前記貫通孔の壁面に吸着した粒子状物質を、前記一対の電極に電圧を印加して前記貫通孔内に放電を起こして酸化除去することが可能な請求項１〜９のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１１】
前記貫通孔内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種である請求項１〜１０のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１２】
前記誘電体が、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種である請求項１〜１１のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１】
一方の端部に一の貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体と、前記貫通孔を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極とを備え、
前記貫通孔内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記一対の電極に電圧を印加することにより前記貫通孔内に生じる放電により荷電された、前記貫通孔内に流入する流体に含有される粒子状物質を、前記貫通孔の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより前記貫通孔の壁面に吸着された粒子状物質の質量を検出することが可能な粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記検出装置本体の他方の端部に、前記一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子が配設された請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記検出装置本体の他方の端部に、前記一対の電極のなかの一方の電極の取り出し端子が配設され、
前記検出装置本体の一方の端部と他方の端部との間の位置に、前記一対の電極のなかの他方の電極の取り出し端子が配設された請求項２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記貫通孔の壁面に沿うようにして検出装置本体の内部に配設された、前記貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調用の加熱部を更に備え、前記検出装置本体の他方の端部に、前記加熱部の取り出し端子が配設された請求項１〜３のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の、前記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の前記加熱部が配設された請求項４に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記一対の電極のそれぞれの、前記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の前記加熱部が配設された請求項５に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記貫通孔の貫通方向に垂直な断面において、前記一対の電極の一方の端部同士を結んだ線分と他方の端部同士を結んだ線分とが、いずれも貫通孔内を通過するように、前記一対の電極が前記検出装置本体内に埋設された請求項１〜６のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記貫通孔の、前記流体が流入する入口部分及び前記流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されている請求項１〜７のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
前記検出装置本体の中心軸に直交する断面形状が、貫通孔の貫通方向において、一方の端部側から中央部に向かって漸次太くなり、中央部分で最も太く、更に他方の端部側に向かって漸次細くなる形状である請求項１〜８のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１０】
前記貫通孔の壁面に吸着した粒子状物質を、前記一対の電極に電圧を印加して前記貫通孔内に放電を起こして酸化除去することが可能な請求項１〜９のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１１】
前記貫通孔内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種である請求項１〜１０のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１２】
前記誘電体が、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種である請求項１〜１１のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【公開番号】特開２００９−１８６２７８（Ｐ２００９−１８６２７８Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５４９４（Ｐ２００８−２５４９４）
【出願日】平成２０年２月５日（２００８．２．５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月５日（２００８．２．５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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